Cặp tàu vũ trụ song sinh Voyager của NASA đã có một khám phá đáng chú ý tại rìa hệ mặt trời của chúng ta - một khu vực nơi nhiệt độ tăng vọt lên mức đáng kinh ngạc 30.000-50.000 Kelvin, khiến nó được đặt biệt danh là bức tường lửa. Phát hiện này đã khơi dậy cuộc thảo luận sôi nổi giữa các nhà đam mê không gian và các nhà khoa học về bản chất của nhiệt độ, truyền nhiệt, và những thách thức của du hành liên sao.
Khám phá này xảy ra khi Voyager 1 và Voyager 2 vượt qua heliopause lần lượt vào năm 2012 và 2018. Ranh giới này đánh dấu nơi gió mặt trời của Mặt trời chúng ta gặp môi trường liên sao - không gian giữa các ngôi sao. Cả hai tàu vũ trụ đều phát hiện những nhiệt độ cực cao này khi chúng đi qua vùng chuyển tiếp này, xác nhận rằng các phép đo không phải là lỗi thiết bị.
Đo Nhiệt Độ Tại Ranh Giới Hệ Mặt Trời
- Phạm vi nhiệt độ: 30.000-50.000 Kelvin (54.000-90.000°F)
- Vị trí: Vùng ranh giới heliopause
- Được đo bởi: Cả hai tàu vũ trụ Voyager 1 (2012) và Voyager 2 (2018)
- Mật độ hạt: Cực thấp (ít hơn 10^-17 torr)
- Nguy cơ truyền nhiệt: Tối thiểu do va chạm hạt thưa thớt
Nghịch lý của nhiệt độ cực cao nhưng không gây nguy hiểm
Khía cạnh hấp dẫn nhất của khám phá này là cách thứ gì đó nóng đến không thể tin được lại không gây ra mối đe dọa nào cho tàu vũ trụ. Chìa khóa nằm ở việc hiểu sự khác biệt giữa nhiệt độ và truyền nhiệt. Trong khi các hạt trong khu vực này di chuyển với tốc độ cực cao (tương ứng với nhiệt độ cao), có rất ít hạt đến mức chúng hiếm khi va chạm với bất cứ thứ gì.
Điều này tạo ra tình huống mà các hạt riêng lẻ mang năng lượng khổng lồ, nhưng môi trường tổng thể không thể truyền nhiều nhiệt. Nó tương tự như cách bạn có thể chạm tay ngắn vào giấy nhôm vừa lấy ra từ lò nướng nóng - tấm giấy nhôm ở nhiệt độ 350°F nhưng có khối lượng quá ít đến mức không thể làm bỏng bạn, trừ khi có thứ gì đó có khối lượng nhiệt lớn hơn dính vào nó.
Cuộc thảo luận cộng đồng cho thấy khái niệm này phản trực quan như thế nào đối với nhiều người. Không gian, mặc dù chứa các hạt ở hàng chục nghìn độ, vẫn là môi trường mà việc thoát khỏi nhiệt thực sự là thách thức lớn hơn so với việc giữ ấm.
So sánh nhiệt độ trong không gian
- Bức xạ nền vi sóng vũ trụ: 2,7 Kelvin
- Phạm vi nhiệt độ sự sống trên Trái Đất: 250-400 Kelvin
- Ranh giới hệ mặt trời: 30.000-50.000 Kelvin
- Bề mặt Mặt Trời: ~5.000-7.000 Kelvin
- Quasar: >10 nghìn tỷ Kelvin
Ý nghĩa đối với thám hiểm không gian tương lai
Khám phá này có ý nghĩa quan trọng đối với các sứ mệnh liên sao trong tương lai. Trong khi các tàu vũ trụ Voyager, di chuyển với tốc độ tương đối chậm 17 km/giây, dễ dàng đi qua khu vực này, các tàu vũ trụ nhanh hơn có thể đối mặt với những thách thức khác nhau. Ở tốc độ cao hơn tiếp cận một phần đáng kể tốc độ ánh sáng, ngay cả môi trường liên sao thưa thớt cũng có thể bị nén đủ để gây ra những mối nguy hiểm thực sự.
Cuộc thảo luận giữa các nhà đam mê không gian làm nổi bật mối quan ngại rộng lớn hơn về tương lai của thám hiểm không gian sâu. Với các tàu thăm dò Voyager dự kiến sẽ ngừng truyền tín hiệu trong thập kỷ tới, và không có kế hoạch ngay lập tức cho các sứ mệnh tương tự, chúng ta có thể sớm mất kết nối trực tiếp duy nhất với không gian liên sao.
Lịch trình sứ mệnh Voyager
- Phóng: 1977 (cả hai tàu vũ trụ)
- Voyager 1 vượt qua heliopause: 25 tháng 8, 2012
- Voyager 2 vượt qua heliopause: 2018
- Tốc độ hiện tại: ~17 km/giây
- Thời gian thực hiện sứ mệnh: Gần 50 năm và vẫn tiếp tục
- Dự kiến kết thúc truyền tín hiệu: Trong vòng 5-10 năm tới
Hiểu về nhiệt độ trong chân không không gian
Khám phá này cũng là một ví dụ tuyệt vời về cách nhiệt độ hoạt động khác nhau trong không gian so với trên Trái đất. Nhiệt độ đo năng lượng động học trung bình của các hạt - tốc độ chúng di chuyển. Trong bầu khí quyển dày đặc mà chúng ta quen thuộc, các hạt nóng nhanh chóng chia sẻ năng lượng của chúng thông qua va chạm. Nhưng trong gần chân không của không gian, các hạt có thể có năng lượng cực lớn mà không thể truyền năng lượng đó một cách hiệu quả.
Nhiệt độ cao, gần như không có nhiệt thực sự vì có rất ít hạt.
Nguyên lý này giải thích nhiều hiện tượng trong không gian, từ lý do tại sao tàu vũ trụ cần bộ tản nhiệt lớn để thải bỏ nhiệt dư thừa, đến cách các phi hành gia có thể làm việc trong môi trường mà các hạt riêng lẻ có thể di chuyển với tốc độ cực cao.
Các sứ mệnh Voyager tiếp tục cung cấp dữ liệu khoa học có giá trị gần 50 năm sau khi phóng, nhắc nhở chúng ta rằng một số khám phá quan trọng nhất đến từ cam kết dài hạn với thám hiểm. Khi những tàu vũ trụ đáng chú ý này tiến xa hơn vào không gian liên sao, chúng mang theo những phép đo trực tiếp đầu tiên của nhân loại về môi trường vũ trụ bên ngoài bong bóng bảo vệ của hệ mặt trời chúng ta.
Tham khảo: NASA's Voyager Spacecraft Found A 30,000-50,000 Kelvin Wall At The Edge Of Our Solar System